JPH09291327A

JPH09291327A - 点火プラグ用電極材料

Info

Publication number: JPH09291327A
Application number: JP10727696A
Authority: JP
Inventors: Kazunao Kudo; 和直工藤
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1996-04-26
Filing date: 1996-04-26
Publication date: 1997-11-11

Abstract

(57)【要約】【課題】放電電圧を上げずにスパーク性を高めた安価
な点火プラグ用電極材料を提供することである。【解決手段】ニッケル基合金中に、仕事関数が５．５
ｅＶ以下の物質を、重量比で０．５％〜２５％添加、分
散させる。その物質は、Ｗ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｂａ、
Ｓｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎａ、Ｈｆ、Ｔｈ、Ｃｄ、Ｖ、Ｎ
ｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｂ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｙ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｃ
ｕ、Ｃｓ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｍｏ、Ｉｒ、Ｐ
ｔ、Ｌｉ、Ｐａの中から選ばれる１種以上の元素で構成
されるもの又はそれ等の元素を１種以上含む酸化物、炭
化物、窒化物、もしくは硫化物を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、主として内燃機
関用点火プラグのスパーク電極に用いられる電極材料、
中でも、放電時の熱電子放出を容易にして放電を起こさ
せるための電圧（以下放電電圧と言う）を大きく下げら
れるようにした電極材料に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車用エンジン等の点火プラグの電極
材料には、通常、ニッケル基合金、具体的にはＳｉ、Ｃ
ｒ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃ等を１種或いは２種以上、そ
の合計量が１．０〜１０ｗｔ％の範囲に納まるようにし
て添加したニッケル合金が使用されている。また、最近
では、耐熱性、耐高温酸化性に優れたインコネル系の合
金、例えばＮｉ−１６ｗｔ％Ｃｒ−８ｗｔ％Ｆｅの組成
のＪＩＳＮＣＦ６００が使われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年、エンジンの高圧
縮比化やターボチャージャーに代表される過給器による
充填効率の向上、更には燃費規制や環境問題面からの希
薄燃焼化が進み、より複雑な環境下での点火性改善のた
めに点火プラグの放電電圧を益々高める傾向にある。

【０００４】ところが、点火プラグの放電電圧を高める
とノイズやエンジンの高温化の問題が生じる。このた
め、放電電圧を上げずにスパーク性を高めることが望ま
れている。

【０００５】この要求に対し、図２に示すように、中心
電極１の先端を細くして対向位置の側方電極２側に突き
出させることが試みられている。この方法は、中心電極
の先端径を細くすることで電極部の電界強度を強め、局
所的な絶縁破壊を起こり易くするものであって放電電圧
の低減が図れる。

【０００６】しかしながら、この方法は、細く突き出し
た中心電極１の先端部が高温に晒されて急激に脆化し、
電極の変形、折損、早期消耗が起こる。また、最悪の場
合プレイグニッションの発火点となり、エンジン破損に
つながることもある。

【０００７】また、別法として、中心電極１の先端形状
は図１に示す一般的な点火プラグと同じにし、先端部に
白金やイリジュウム等を溶接して放電電圧を下げること
も行われているが、この方法は、貴金属を使用するので
点火プラグが高価なものになる。

【０００８】そこで、この発明は、放電電圧を上げなく
ても放電が起こり、コストアップも回避される点火プラ
グ用電極材料を実現して提供することを課題としてい
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明においては、中心電極に使われるニッケル
基合金中に、金属、非金属元素、金属と非金属元素の化
合物、又は金属や非金属元素の酸化物、炭化物、窒化物
もしくは硫化物の中から選ばれた１種以上の、仕事関数
が５．５ｅＶ以下の物質を、重量比で０．５％〜２５％
含有させており、この添加物質の働きで放電電圧を下げ
ることに成功したものである。

【００１０】ここに、仕事関数とは、固体中の電子が真
空中に放出されるために乗り越えなければならない電位
障壁（電子を固体中に束縛する電位）である。

【００１１】この仕事関数が５．５ｅＶ以下の物質のう
ち、金属については、Ｗ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｂａ、Ｃ
ｒ、Ｚｒ、Ｎａ、Ｈｆ、Ｔｈ、Ｃｄ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、
Ｔｉ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｙ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｃｓ、Ｐ
ｄ、Ａｇ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｍｏ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｌｉ、Ｐａ
の中から選んだものを用い、非金属ならＳｉ又はＢを用
いる。

【００１２】また、金属の酸化物についてはＢａＯ、Ｃ
ａＯ、ＳｒＯ、Ｙ₂Ｏ₃、Ｌａ₂Ｏ₃、ＨｆＯ₂、Ｔｈ
Ｏ₂、ＺｒＯ₂、ＢｅＯ、ＣｕＯ、ＦｅＯ、ＭｏＯ₃、
ＭｇＯ、ＴｉＯ、ＷＯ、ＣｅＯ等を、炭化物ならＴｉ
Ｃ、ＷＣ、ＴａＣ、ＮｂＣ、ＨｆＣ等を、窒化物ならＮ
ｂＮ、ＨｆＮ、ＴｈＮ、ＴｉＮ、ＺｒＮ等を、硫化物な
らＢａＳ、ＣｒＳ、ＴｈＳ、ＣｄＳ、ＰｒＳ等を各々用
いる。

【００１３】非金属元素の炭化物であるＳｉＣや金属と
非金属元素の化合物であるＬａＢ₆、ＣｅＢ₆、ＰｒＢ
₆、ＣｒＳｉ、ＳｒＢ₆、ＹＢ₆、ＴｉＢ₆、Ｔａ
Ｂ₂、ＹＳｉ₂、ＴｉＳｉ₂、ＺｒＳｉ₂、ＴａＳ
ｉ₂、ＷＳｉ₂等でもよいし、上記の金属元素が２種以
上組合わされた複合金属や複合酸化物などでもよい。前
者の複合金属としては、ＮａＣｌ、ＴａＣｓ、ＴｉＣ
ｓ、ＡｇＢａ、ＷＬｉ、ＷＹ等が、また、後者の複合酸
化物としては、ＢａＯ・ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃、ＢａＯ・
ＣａＯ・ＳｒＯ等が挙げられる。

【００１４】なお、母材になるＮｉ基合金は、下記
（ａ）、（ｂ）のどちらかの組成のものが好ましい。
（ａ）の組成のものとしては、例えば、本出願人が耐鉛
アタック性の改善を目的として特開昭６３−８９６３８
号で提案しているＮｉが９０ｗｔ％以上含まれるＮｉ−
Ｓｉ−Ｃｒ−Ｍｎ−Ａｌ−Ｃ合金がある。

【００１５】また、（ｂ）の組成の合金としては、Ｎｉ
−１６ｗｔ％Ｃｒ−８ｗｔ％Ｆｅ−Ｃの組成の前述のイ
ンコネル系合金がある。

【００１６】（ａ）Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃ
の中から選ばれた元素を１種以上含有する。個々の元素
の添加量は最大で２．５ｗｔ％、それ等の元素の合計添
加量は最大で１０ｗｔ％であり、残部Ｎｉ。

【００１７】（ｂ）Ｃｒを１０〜２０ｗｔ％、Ｆｅを５
〜１０ｗｔ％、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃ等の微小添
加物を１ｗｔ％未満含有し、残部Ｎｉ。

【００１８】

【作用】この発明の電極材料は、Ｎｉ基合金を母材にし
てこの母材により耐熱性を確保する。このＮｉ基合金
は、希薄燃焼化等に対しては今まで以上に放電電圧を上
げて対応せざるを得なかったが、この発明では、そのＮ
ｉ基合金中にＮｉ基合金よりも仕事関数の低い（熱電子
放出が容易な）物質が分散しており、その物質が材料全
体のスパーク性を向上させる。そのため、印加電圧を高
めずに放電を起こさせることができる。

【００１９】また、仕事関数が５．５ｅＶ以下の物質と
して白金やイリジウムを用いることもあり得るが、これ
等の貴金属を用いる場合にも、材料の８割以上は安価な
Ｎｉ基合金が占めるので、白金やイリジウムを中心電極
の先端に接合するものに比べて大巾にコストが下がる。

【００２０】ここで、仕事関数が５．５ｅＶ以下の物質
の添加量について、０．５ｗｔ％〜２５ｗｔ％までの範
囲に限定したのは、０．５ｗｔ％以下、特に０．２ｗｔ
％以下では点火プラグ用電極材料に要求される初期特性
は満足するものの、長期使用になると安定性や耐久性
（寿命）に欠ける面があり、一方、２５ｗｔ％を越える
とコスト問題が生じたり、添加成分によっては過度の酸
化が進んで寿命等に関してかえって不利になることがあ
るからである。この物質の望ましい添加量は、０．５ｗ
ｔ％〜１０ｗｔ％までであり、この範囲がコストパフォ
ーマンスの面からも好ましい。

【００２１】この添加物質の仕事関数は、６ｅＶにもな
ると熱電子放出が母材のＮｉ基合金と同じになり、スパ
ーク性の改善効果が見られなくなるので５．５ｅＶ以下
とする。より好ましくは、４ｅＶ以下の物質を選択して
添加するのがよい。

【００２２】

【発明の実施の形態】この発明の電極材料を試作した。
試作品は、いずれも代表的な例として９５ｗｔ％Ｎｉ−
１．５ｗｔ％Ｓｉ−１．５ｗｔ％Ｃｒ−２．０ｗｔ％Ｍ
ｎのニッケル合金母材中に、表１に示す物質（いずれも
仕事関数は５．５ｅＶ以下）を添加分散させたものであ
る。

【００２３】上記組成のニッケル合金母材をガスアトマ
イズ法で粉体にし、その中に、金属（Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、
Ｃｄの４種）、金属の酸化物（ＢａＯ、ＣａＯ、Ｙ₂Ｏ
₃、Ｃａ₂Ｏ₃、ＣｅＯ、ＴｈＯ₂の６種）、金属と金
属酸化物の複合物（Ｗ中に数％のＴｈＯ₂を含むＷ−Ｔ
ｈＯ₂）、金属の炭化物（ＷＣ、ＴｉＣ、ＳｉＣの３
種）、金属の窒化物（ＴｉＮ）、金属と非金属元素の二
元化合物（ＹＳｉ₂、ＬａＢ₅、ＣｅＢ₆の３種）、金
属硫化物（ＢａＳ）、金属の複合酸化物（ＢａＯ・Ｃａ
Ｏ・Ａｌ₂Ｏ₃、ＢａＯ・ＣａＯ・ＳｒＯの２種）の粉
末を各々重量比での添加量が約１〜１５％になるように
混ぜ合わせ、これを、直径が約３mm、長さが約１０mmの
円柱形状になるように焼結成形した。焼結温度は約１０
００℃である。

【００２４】次に、この成形品を一定長さに切断し、図
３に示すように点火プラグの中心電極１上にスポット溶
接して点火プラグを完成させた。

【００２５】一般的な点火プラグは、図１に示すよう
に、中心電極１、その中心電極に所定のギャップを保っ
て対向させる側方電極２、金属の取付ねじ部３、絶縁碍
子４、端子５で構成されている。試作した点火プラグ
は、この一般的な点火プラグの中心電極１の先端にこの
発明の新電極材６を接合したものであって他の部分は従
来品と変わるところがない。なお、中心電極１の根元側
と側方電極２には、いずれも新電極材６の母材と同一組
成のＮｉ合金を用いた。これ等の部分には、先端部に発
生する熱を素早く取り去るために、図４に示すように、
中心が銅１ａでその外側に母材と同一組成のＮｉ基合金
１ｂを被覆した複合材を用いてもよい。

【００２６】次に、試作した点火プラグの各々につい
て、一般に使用されているフルトランジスタ方式の交流
連続放電式電源を用いて放電実験を行った。放電環境は
コンプレッサで圧力を０．５ＭＰａに上げ、室温約２５
℃、６０Ｈｚの条件で放電を５０００回実施し、このと
きの放電電圧の値を通常の点火プラグ（従来品１〜４）
と比較した。そのデータを表１に併せて示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】この実験結果から判るように、この発明の
電極材料を用いると放電電圧を従来品に比べて大巾に
（ほぼ１０〜３０％）低減できる。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように、この発明の電極材料
は、点火プラグ用電極に用いられている安価なニッケル
基合金中に、仕事関数の低い物質を添加分散させて全体
のスパーク性を向上させており、コストアップを回避し
て放電電圧を下げることができる。

【００３０】極端なコストアップや寿命不足を招かずに
希薄燃焼化に対応しようとすれば、放電電圧を上げざる
を得ず、そのために、絶縁碍子の耐圧も問題になりかけ
た昨今であったが、この発明の電極材料を用いること
で、点火時のノイズ低減と、通常碍子での確実な絶縁及
び高温化の抑制によるエンジンの安全性確保の要求を満
たすことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一般的な点火プラグの正面図

【図２】放電電圧低減のために試みられている電極の細
径化の例を示す図

【図３】この発明の電極材料の使用の一例を示す図

【図４】中心電極の他の例の断面図

【符号の説明】

１中心電極１ａ銅１ｂＮｉ基合金２側方電極３取付ねじ部４絶縁碍子５端子６この発明の新電極材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ニッケル基合金中に、金属、非金属元
素、金属と非金属元素の化合物、又は金属或いは非金属
元素の酸化物、炭化物、窒化物もしくは硫化物の中から
選ばれた１種以上の、仕事関数が５．５ｅＶ以下の物質
を、重量比で０．５％〜２５％含有することを特徴とす
る点火プラグ用電極材料。
【請求項２】ニッケル基合金中に含まれる前記仕事関
数が５．５ｅＶ以下の物質が、Ｗ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｌａ、
Ｂａ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎａ、Ｈｆ、Ｔｈ、Ｃｄ、
Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｂ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｙ、Ｂｅ、Ｃ
ａ、Ｃｕ、Ｃｓ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｍｏ、Ｉ
ｒ、Ｐｔ、Ｌｉ、Ｐａの中から選ばれる１種以上の元素
で構成されるもの又はそれ等の元素を１種以上含むもの
である請求項１記載の点火プラグ用電極材料。
【請求項３】前記ニッケル基合金は、下記（ａ）又は
（ｂ）の組成を有するものである請求項１記載の点火プ
ラグ用電極材料。（ａ）Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃの中から選ば
れた元素を１種以上含有する。個々の元素の添加量は最
大で２．５ｗｔ％、それ等の元素の合計添加量は最大で
１０ｗｔ％であり、残部Ｎｉ。（ｂ）Ｃｒを１０〜２０ｗｔ％、Ｆｅを５〜１０ｗｔ
％、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃ等の微小添加物を１ｗ
ｔ％未満含有し、残部Ｎｉ。